Reibungskupplung mit kraftkompensierter Tellerfeder

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung (1) mit einer von einer sich an einem Gehäuse (3) mit einem sich zu diesem abhängig von Betriebsbedingungen einstellenden Anstellwinkel abstützenden Tellerfeder (7)unter Zwischenlage von Reibbelägen (5) einer Kupplungsscheibe (5) gegen eine Gegendruckplatte (2) mit einer sich abhängig von einer Kennlinie der Tellerfeder (7) und eines Verschleißes der Reibbeläge (5) einstellenden Anpresskraft vorgespannten und mittels eines Ausrücksystems (10) durch radial innen erfolgende axiale Beaufschlagung der Tellerfeder (7) mit einer sich abhängig von einer Kennlinie der Tellerfeder (7) und eines Verschleißes der Reibbeläge (5) einstellenden Ausrückkraft entspannten Anpressplatte (4). Um sowohl einen mit zunehmendem Ausrückweg abfallenden Kraftverlauf der Tellerfeder (7) als auch eine verschleißbedingte Zunahme der Ausrückkraft kompensieren zu können, ist die Tellerfeder (7) mit einer vom Anstellwinkel abhängigen Zusatzkraft (F(Z)) beaufschlagt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit einer von einer sich an einem Gehäuse mit einem sich zu diesem abhängig von Betriebsbedingungen einstellenden Anstellwinkel abstützenden Tellerfeder unter Zwischenlage von Reibbelägen einer Kupplungsscheibe gegen eine Gegendruckplatte mit einer sich abhängig von einer Kennlinie der Tellerfeder und eines Verschleißes der Reibbeläge einstellenden Anpresskraft vorgespannten und mittels eines Ausrücksystems durch radial innen erfolgende axiale Beaufschlagung der Tellerfeder mit einer sich abhängig von einer Kennlinie der Tellerfeder und eines Verschleißes der Reibbeläge einstellenden Ausrückkraft entspannten Anpressplatte.

[0002] Gattungsgemäße Reibungskupplungen werden seit langem in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen bevorzugt an der Schnittstelle einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes eingesetzt. Hierbei wird - wie beispielsweise aus der DE 42 39 289 A1 bekannt - eine Anpressplatte von einer sich an einem Gehäuse abstützenden Tellerfeder gegen eine Gegendruckplatte verspannt, wobei zwischen Gegendruckplatte und Anpressplatte Reibbeläge einer Kupplungsscheibe verspannt sind. Hierdurch stellt sich aufgrund der Einspanngeometrie eine das über den zwischen Reibbelägen und der Gegen- und Anpressplatte gebildeten Reibschluss maximal übertragbare Kupplungsmoment vorgebende Anpresskraft der Anpressplatte gegenüber der Gegendruckplatte an einem Betriebspunkt der geschlossenen Reibungskupplung ein. Diese Anpresskraft wird zum Öffnen der Reibungskupplung durch ein Ausrücksystem verringert und schließlich aufgehoben, indem die Tellerfeder radial innen beispielsweise an Tellerfederzungen von einem Ausrücksystem axial mit einer Ausrückkraft belastet wird. Hierbei verschwenkt sich die Tellerfeder um einen Auflagepunkt gegenüber dem Gehäuse, so dass sich ein Anstellwinkel eines die Anpressplatte beaufschlagenden Kraftrands der Tellerfeder gegenüber dem Gehäuse verringert.

[0003] Hierbei bilden die Tellerfederkraft der Tellerfeder mit ihrer typischen Kennlinie, die Belagfederkraft von zwischen den Reibbelägen angeordneten Belagfedersegmenten und die Blattfederkraft von zwischen der Anpressplatte und dem Gehäuse angeordneten Blattfedern ein die Anpresskraft und die Ausrückkraft bestimmendes Kräftegteichgewicht. Die Kennlinie der Tellerfeder ist dabei über den Belastungsweg mit einem Kraftmaximum versehen, so dass bei kleinen Kupplungs- beziehungsweise Ausrückwegen bis zu dem Kraftmaximum ansteigende und bei größeren Kupplungs- beziehungsweise Ausrückwegen nach dem Kraftmaximum abfallende Ausrückkräfte - ein sogenannter Drop-Off - auftreten, die nur teilweise durch entsprechende Einstellung der Belag- und Blattfederkräfte kompensierbar sind oder diesen Effekt sogar verstärken. Dies führt insbesondere bei Reibungskupplungen im Neuzustand zu einem schwer kontrollierbaren Kraftverhalten bei Ausrückvorgängen.

[0004] Bei zunehmendem Verschleiß der Reibbeläge nimmt deren axiale Belagstärke ab, so dass sich im geschlossenen Zustand die Tellerfeder in die andere Richtung verschwenkt, sich die Tellerfederzungen gegen das Ausrücksystem aufstellen und der Anlagewinkel der Tellerfeder im Bereich deren Kraftrands gegenüber dem Gehäuse verkleinert wird. Dies ist mit erhöhten Ausrückkräften verbunden. Zur Kompensation dieser erhöhten Ausrückkräfte sind beispielsweise aus dem oben genannten Dokument kraftgesteuerte Nachstelleinrichtungen bekannt, bei denen ab einer vorgesehen Kraftschwelle eine als Widerlager die Ausrückkraft gegenüber dem Gehäuse abstützende Sensorfeder nachgibt und ein Rampensystem freischaltet, welches die Lagerung der Tellerfeder der aufgrund des Verschleißes in Richtung Gegendruckplatte verlagerten Anpressplatte nachführt. Eine Kompensation der Kraftkennlinie der Tellerfeder mit deren Drop-Off ist hingegen nicht möglich.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Reibungskupplung vorzuschlagen, die mit einfachen Mitteln verschleißbedingt erhöhte Ausrückkräfte und kennlinienbedingt in einem Bereich des Ausrückwegs erniedrigte Ausrückkräfte kompensiert.

[0006] Die Aufgabe wird durch eine Reibungskupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 8 geben hierzu vorteilhafte Ausführungsformen wieder.

[0007] In der vorgeschlagenen Reibungskupplung mit einer von einer sich an einem Gehäuse mit einem sich zu diesem abhängig von Betriebsbedingungen einstellenden Anstellwinkel abstützenden Tellerfeder unter Zwischenlage von Reibbelägen einer Kupplungsscheibe gegen eine Gegendruckplatte mit einer sich abhängig von einer Kennlinie der Tellerfeder und eines Verschleißes der Reibbeläge einstellenden Anpresskraft vorgespannten und mittels eines Ausrücksystems durch radial innen erfolgende axiale Beaufschlagung der Tellerfeder mit einer sich abhängig von einer Kennlinie der Tellerfeder und eines Verschleißes der Reibbeläge einstellenden Ausrückkraft entspannten Anpressplatte ist dabei die Tellerfeder mit einer vom Anstellwinkel abhängigen Zusatzkraft beaufschlagt. Durch die Abstimmung der Zusatzkraft auf die Anfordernisse einer mit einem Drop-Off belasteten Kennlinie der Tellerfeder und die Anpassung der Zusatzkraft an eine verschleißbedingt erhöhte Ausrückkraft können beide Effekte mittels einer einzigen Kompensationseinrichtung zwischen Tellerfeder und Gehäuse kompensiert werden.

[0008] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen Gehäuse und Tellerfeder ein die Zusatzkraft bereitstellender Energiespeicher mit einer sich abhängig vom Anstellwinkel ändernden Biegebalkenlänge vorgesehen. Der Energiespeicher kann aus einer oder mehreren über den Umfang verteilten Blattfedern, Lamellen oder dergleichen gebildet sein. Hierbei ist der Energiespeicher einseitig fest an einem Biegebalkenende an der Tellerfeder oder dem Gehäuse und an dem anderen Ende mit vom Anstellwinkel abhängig verlagerbarem, zweitem Biegebalkenende gegen das Gehäuse beziehungsweise die Tellerfeder vorgespannt. Es hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, wenn der Energiespeicher fest an der Tellfeder aufgenommen und gegenüber dem Gehäuse radial verlagerbar abgestützt ist. Hierbei kann der Energiespeicher mit der Tellerfeder verschweißt, vernietet, verrastet oder in anderer Weise fest verbunden sein. Alternativ kann der Energiespeicher einteilig aus der Tellerfeder gebildet sein. Hierzu können beispielsweise zwischen Tellerfederzungen vorgesehene Aussparungen als Energiespeicher ausgestellt sein.

[0009] Zur Bereitstellung eines reibungsarmen Kontakts des abhängig vom Anstellwinkel radial verlagerten Anlagekontakts kann zwischen Gehäuse und Energiespeicher eine auf einem die Zusatzkraft steuernden Abwälzprofil abrollende Lagerrolle vorgesehen sein. Das Abwälzprofil kann bei fester Einspannung des Energiespeichers an dem Gehäuse an der Tellerfeder oder in bevorzugter Weise bei fest mit der Tellerfeder verbundenem Energiespeicher an dem Gehäuse vorgesehen, beispielsweise in dieses eingeformt oder als Einlegeteil eingelegt sein. Die Vorspannung des Energiespeichers kann bei entsprechender Ausbildung des Abwälzprofils und/oder der Oberflächenform der Lagerrolle abhängig vom Anstellwinkel neben einer radialen Verlagerung axial gegenüber dem Gehäuse verlagert werden, so dass die Vorspannung bei axialer Beabstandung vom Gehäuse zusätzlich gesteigert wird.

[0010] Das Abwälzprofil kann als Nocken an dem Gehäuse ausgebildet sein. Die Form des Abwälzprofils kann in der Weise ausgeprägt sein, dass eine Kennlinie des Energiespeichers über den Kupplungs- oder Ausrückweg die Kennlinie der Tellerfeder zumindest teilweise kraftkompensiert, das heißt zumindest teilweise über den Kupplungs- oder Ausrückweg abflacht. Beispielsweise kann ausgehend von einem Betriebspunkt der Reibungskupplung bei geschlossener Reibungskupplung sich eine Biegebalkenlänge des Energiespeichers bei sich gegenüber dem Gehäuse verringernden Anstellwinkel eines Kraftrands der Tellerfeder verkürzen und bei sich gegenüber dem Gehäuse vergrößerndem Anstellwinkel eines Kraftrands der Tellerfeder der Biegebalken verlängern. Zusätzlich kann der axiale Abstand einer Abwälzfläche der Lagerrolle beziehungsweise des Energiespeichers gegenüber dem Gehäuse insbesondere bei zunehmendem Verschleiß der Reibbeläge vergrößert werden, so dass die vergrößerten Ausrückkräfte durch den mit größerer Vorspannung zwischen Gehäuse und Tellerfeder vorgespannte Energiespeicher zumindest teilweise kompensiert werden.

[0011] Durch die Wahl der Steifigkeit des Energiespeichers, die Ausbildung von Lagerrolle und Abwälzprofil lässt sich für jede Tellerfeder sowohl im Neuzustand als auch im Verschleißzustand ein gleichmäßigerer Verlauf der Ausrückkraft über den Ausrückweg erzielen.

[0012] Die Erfindung wird anhand des in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1

eine Reibungskupplung mit einem deren Tellerfeder abhängig von einem Anstellwinkel beaufschlagenden Energiespeicher in systematischem Teilschnitt,

Figur 2

ein schematisch dargestelltes Detail der Reibungskupplung der Figur 1,

Figur 3

die Reibungskupplung der Figur 1 im Neuzustand,

Figur 4

die Reibungskupplung der Figur 1 in ausgerücktem Zustand,

Figur 5

die Reibungskupplung der Figur 1 im Verschleißzustand,

Figur 6

eine Darstellung der Funktionsweise der Reibungskupplung der Figur 1,

Figur 7

eine Kennlinie des Energiespeichers der Figur 1

und Figur 8

Kennlinien verschiedener Tellerfedern einer Reibungskupplung.

[0013] Figur 1 zeigt einen Teilschnitt der um die Drehachse D verdrehbaren Reibungskupplung 1 mit der nur teilweise dargestellten Gegendruckplatte 2 und der an dem Gehäuse 3 drehfest und axial verlagerbaren Anpressplatte 4. Zwischen Gegendruckplatte 2 und Anpressplatte 4 sind die Reibbeläge 5 der Kupplungsscheibe 6 angeordnet. Zwischen dem Gehäuse 3 und der Anpressplatte 4 ist die Tellerfeder 7 verspannt, deren Kraftrand 8 im nicht betätigten Zustand der Tellerfeder 7 die Anpressplatte 4 mit der vorgegebenen Anpresskraft gegen die Gegendruckplatte 2 verspannt und dadurch einen Reibschluss zu den Reibbelägen 5 herstellt. Im nicht betätigten Neuzustand der Reibungskupplung 1 ist damit der Betriebspunkt mit dem Anstellwinkel α des Kraftrands 8 gegenüber der Wandung 9 des Gehäuses 3 hergestellt. Mittels des lediglich systematisch dargestellten Ausrücksystems 10 werden die Tellerfederzungen 11 der Tellerfeder 7 axial in Richtung Gegendruckplatte axial mit der Ausrückkraft F(A) entlang eines Ausrückwegs beaufschlagt, so dass die Tellerfeder 7 um das Lager 12 am Gehäuse 3 verschwenkt und der Kraftrand 8 entlastet unter Verringerung des Anstellwinkels α die Anpresskraft bis zum geöffneten Zustand der Reibungskupplung bei aufgehobenem Reibeingriff zwischen Reibbelägen 5 einerseits und Gegendruckplatte 2 und Anpressplatte 4 andererseits. Hierbei stützt sich die Tellerfeder an dem mit dem Gehäuse 3 verbundenen, die Tellerfeder 7 axial durchgreifenden Widerlager 13 ab.

[0014] Zwischen der Tellerfeder 7 und dem Gehäuse 3 ist der Energiespeicher 14 in Form der Lamelle 15 verspannt, der die Tellerfeder 7 in Richtung der Gegendruckplatte 2 mit der Zusatzkraft F(Z) abhängig vom Anstellwinkel α unterstützt. Hierzu ist die Lamelle 15 fest mit der Tellerfeder 7 verbunden oder einteilig aus dieser gebildet und stützt sich mittels der Lagerrolle 16 an dem an dem Gehäuse 3 vorgesehenen Nocken 17 mit dem Abwälzprofil 18 ab. Hierdurch wird abhängig von der Bewegung der Tellerfederzungen 11 ein unterschiedlich langer Biegebalken zwischen den Lagern 19, 20 eingestellt, der eine unterschiedliche Vorspannung des Energiespeichers 14 an der Tellerfeder 7 bewirkt. Durch die Ausbildung des Abwälzprofils 18 mit radialen und gegebenenfalls axialen Anteilen in geometrisch vorgegebener Standard-oder Freiform ist eine beliebige Kennlinie des Energiespeichers 14 über den Ausrückweg einstellbar.

[0015] Figur 2 zeigt die Anordnung des Energiespeichers 14 in Form der Lamelle 15, den Nocken 17 mit dem Abwälzprofil 18 sowie der zwischen Lamelle 15 und dem Abwälzprofil 18 abwälzenden Lagerrolle 16 im Detail. Es versteht sich, dass zur Unterstützung der abhängig vom Anstellwinkel α eingestellten Balkenlänge der Lamelle 15 die Lagerrolle im Querschnitt von der runden Form abweichen und beispielsweise elliptisch oder oval ausgebildet sein kann.

[0016] Die Figuren 3 bis 5 zeigen die Reibungskupplung 1 in unterschiedlichen Betriebszuständen jeweils im Halbschnitt mit entsprechender Einstellung der Biegebalkenlänge abhängig vom Anstellwinkel α, der jeweils entsprechenden Betriebszuständen entspricht. Die Ausgangslage der Reibungskupplung 1 ist in Figur 3 in Form der geschlossenen Reibungskupplung im Neuzustand gezeigt. Hierbei ist eine mittlere Zusatzkraft bei einer mittleren Biegebalkenlänge L1 zwischen den Lagern 19, 20 wirksam, die die Anpresskraft der Tellerfeder 7 unterstützt. In Figur 4 ist die Reibungskupplung 1 im ausgerückten Neuzustand dargestellt. Während Ausrückvorgängen verkleinert sich der Anstellwinkel α gegenüber dem Gehäuse 3. Um mit zunehmendem Ausrückweg eine abnehmende Ausrückkraft zu vermeiden, wird die Vorspannung auf die Tellerfeder 7 erhöht, indem die Lagerrolle 16 am Abwälzprofil 18 nach radial innen gleitet und die Biegebalkenlänge L2 verkürzt wird. Die Figur 5 zeigt die Reibungskupplung 1 im Verschleißzustand der Reibbeläge im geschlossenen Zustand, hierbei vergrößert sich der Anstellwinkel α, wodurch sich die Ausrückkräfte erhöhen. Durch die in diesem Betriebszustand nach außen aufgestellten Tellerfederzungen 11 wird die Lagerrolle 16 nach radial außen verlagert, so dass sich eine vergrößerte Biegebalkenlänge L3 einstellt. Die erhöhte Biegebalkenlänge L3 des Energiespeichers 14 vermindert die Vorspannung gegenüber der Tellerfeder 7, so dass während des nachfolgenden Ausrückvorgangs der Anteil des Energiespeichers 14 sinkt und damit die Ausrückkraft gegenüber dem Neuzustand im Wesentlichen auf gleichem Niveau erhalten bleibt.

[0017] Die Figuren 6 und 7 verdeutlichen den Weg der die Vorspannung des Energiespeichers 14 beeinflussenden Lagerrolle 16 ausgehend vom Betriebspunkt BP bei geschlossener Reibungskupplung im Neuzustand. In Figur 6 wird die Lagerrolle 16 während eines Ausrückwegs bei betätigter Reibungskupplung in Richtung des Pfeils 21 auf der Abwälzfläche 18 verlagert. Dieser Hin- und Herbewegung während der Öffnungs- und Schließvorgänge der Reibungskupplung ist die in die Richtung des Pfeils 22 verlaufende Verschleißverlagerung der Lagerrolle 16 überlagert. Mit zunehmendem Verschleiß verlagert sich dabei der Betriebspunkt BP in Richtung des Pfeils 22. Wie aus Figur 7 mit der Kennlinie 23 des Energiespeichers 14 über den Weg s hervorgeht, wird bei Betätigungsbewegungen der Reibungskupplung entlang des Pfeils 21 der Drop-Off der Tellerfeder kompensiert, indem die Zusatzkraft F(Z) bei größeren Wegen s vergrößert wird. Bei zunehmendem Verschleiß wandert der Betriebspunkt BP in Richtung des Pfeils 22 zu kleineren Wegen s. Hierdurch wird die Zusatzkraft F(Z) vermindert und den bei Verschleiß erhöhten Ausrückkräften gegengesteuert.

[0018] Die Figur 8 zeigt das Diagramm 24 der über den Weg s aufgebrachten Last F mit den Kennlinien 25, 26, 27. Die in durchgezogener Linie dargestellte Kennlinie 25 zeigt das Verhalten der Tellerfeder 7 der Figur 1 mit einem nach dem Kraftmaximum (F(M) auftretenden Drop-Off. Die Kennlinie 26 zeigt das über den Nocken 17 der Figur 1 eingestellte Verhalten des Energiespeichers 14 der Fig. 1. Die Kennlinie 27 zeigt das Verhalten der Tellerfeder 7 mit der unterstützenden Wirkung des Energiespeichers 14. Die Flächen 28, 29 zeigen den durch den Energiespeicher 14 erzielten Kraftgewinn.

Bezugszeichenliste

[0019] 

1

Reibungskupplung

2

Gegendruckplatte

3

Gehäuse

4

Anpressplatte

5

Reibbelag

6

Kupplungsscheibe

7

Tellerfeder

8

Kraftrand

9

Wandung

10

Ausrücksystem

11

Tellerfederzunge

12

Lager

13

Widerlager

14

Energiespeicher

15

Lamelle

16

Lagerrolle

17

Nocken

18

Abwälzprofil

19

Lager

20

Lager

21

Pfeil

22

Pfeil

23

Kennlinie

24

Diagramm

25

Kennlinie

26

Kennlinie

27

Kennlinie

28

Fläche

29

Fläche

BP

Betriebspunkt

D

Drehachse

F

Last

F(A)

Ausrückkraft

F(M)

Kraftmaximum

F(Z)

Zusatzkraft

L1

Biegebalkenlänge

L2

Biegebalkenlänge

L3

Biegebalkenlänge

s

Weg

α

Anstellwinkel

Ansprüche

1. Reibungskupplung (1) mit einer von einer sich an einem Gehäuse (3) mit einem sich zu diesem abhängig von Betriebsbedingungen einstellenden Anstellwinkel (α) abstützenden Tellerfeder (7) unter Zwischenlage von Reibbelägen (5) einer Kupplungsscheibe (6) gegen eine Gegendruckplatte (2) mit einer sich abhängig von einer Kennlinie (25) der Tellerfeder (7) und eines Verschleißes der Reibbeläge (5) einstellenden Anpresskraft vorgespannten und mittels eines Ausrücksystems (10) durch radial innen erfolgende axiale Beaufschlagung der Tellerfeder (7) mit einer sich abhängig von einer Kennlinie (25) der Tellerfeder (7) und eines Verschleißes der Reibbeläge (5) einstellenden Ausrückkraft (F(A)) entspannten Anpressplatte (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (7) mit einer vom Anstellwinkel (α) abhängigen Zusatzkraft (F(Z)) beaufschlagt ist.

2. Reibungskupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gehäuse (3) und Tellerfeder (7) ein die Zusatzkraft (F(Z)) bereitstellender Energiespeicher (14) mit einer sich abhängig vom Anstellwinkel (α) ändernden Biegebalkenlänge (L1, L2, L3) vorgesehen ist.

3. Reibungskupplung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (14) fest an der Tellfeder (7) aufgenommen und gegenüber dem Gehäuse (3) radial verlagerbar abgestützt ist.

4. Reibungskupplung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (14) einteilig aus der Tellerfeder (7) gebildet ist.

5. Reibungskupplung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gehäuse (3) und Energiespeicher (14) eine auf einem die Zusatzkraft (F(Z)) steuernden Abwälzprofil (18) abrollende Lagerrolle (16) vorgesehen ist.

6. Reibungskupplung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwälzprofil (18) als Nocken (17) an dem Gehäuse (3) vorgesehen ist.

7. Reibungskupplung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Betriebspunkt (BP) bei geschlossener Reibungskupplung sich eine Biegebalkenlänge (L2) bei sich gegenüber dem Gehäuse (3) verringernden Anstellwinkel (α) eines Kraftrands (8) der Tellerfeder (7) verkürzt.

8. Reibungskupplung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Betriebspunkt (BP) bei geschlossener Reibungskupplung sich eine Biegebalkenlänge (L3) bei sich gegenüber dem Gehäuse (3) vergrößerndem Anstellwinkel (α) eines Kraftrands (8) der Tellerfeder (7) verlängert.

Zeichnung